Кључ за супериорне перформансе термички стабилног поликристалног дијаманта (ПЦД) у тешким условима као што су висока температура и велико оптерећење лежи у његовом јединственом саставу материјала и дизајну микроструктуре. У поређењу са конвенционалним ПЦД, термички стабилна верзија карактерише циљана побољшања у избору сировина, оптимизацији фазе везивања и накнадној-обради, чиме се значајно повећава отпорност на топлоту и радни век уз задржавање изузетно високе тврдоће дијаманта.
Основна структура ПЦД-а састоји се од микронских- до субмикронских-честица дијаманата синтерованих заједно са фазом везивања. У термички стабилном ПЦД-у, величина честица и кристални облик дијамантског праха су стриктно одабрани, обично користећи једнокристални дијамантски прах високе -чистоће- да би се обезбедила чврста веза између зрна и укупна механичка конзистенција. Контрола расподеле величине честица је посебно кључна; претерано крупна величина честица може да створи слабе зоне везивања, док претерано фина величина честица смањује макроскопску чврстоћу резне ивице. Разуман однос постиже равнотежу између отпорности на хабање и отпорности на удар.
Фаза везивања је кључни фактор који одређује термичку стабилност. Конвенционални ПЦД обично користи метале као што су кобалт и никл као катализаторе и везива. Ови метали могу промовисати трансформацију дијаманта у графит на високим температурама, ограничавајући његову радну температуру. Термички стабилан ПЦД користи модификовани систем везивања, ефикасно потискујући реакције фазне трансформације на високим температурама смањењем садржаја каталитичког метала или увођењем керамичких или карбидних-неметалних везујућих фаза. На пример, неке формулације користе силициде или бориде као премошћивачке фазе, одржавајући металуршку везу између честица док смањују активност каталитичке графитизације, омогућавајући материјалу да одржи стабилност дијамантске фазе изнад 700 степени.
У фази пост-обраде, термички стабилан ПЦД се подвргава жарењу под високо-вакуумом или атмосферском заштитом, узрокујући да се каталитичка фаза заосталог метала деактивира или мигрира у не-критичне области на границама зрна, чиме се додатно побољшава отпорност на термичку оксидацију и температуру распадања. Овај процес значајно побољшава отпорност материјала на топлотни замор без значајног смањења тврдоће, чинећи га мање склоним ширењу микропукотина под наизменичним топлотним оптерећењима.
Штавише, третмани функционализације могу се применити на ПЦД површину како би се испунили различити захтеви примене, као што је формирање изузетно танког заштитног слоја кроз таложење паре да би се додатно побољшала отпорност на корозију или контролисао коефицијент трења. Избор ове врсте површинског материјала је уско повезан са чврстоћом везивања са матриксом и неопходно је обезбедити усклађивање решетке са дијамантским зрнима како би се спречило раслојавање међуслоја узроковано концентрацијом термичког напрезања.
Све у свему, супериорне перформансе термички стабилног ПЦД проистичу из синергистичког ефекта пажљиво одабраног дијамантског праха, оптимизованог дизајна фазе везивања и специјализованих процеса топлотне обраде. Дубоко разумевање његових главних материјала не само да помаже у одабиру материјала који одговарају задацима обраде, већ и поставља чврсту основу за накнадне иновације процеса и побољшање перформанси.
